杭州庆春路车撞人行天桥倒塌事故分析

本文原载于《中国公路学报》微信公众号(ID: zgglxb),已获授权转载。

作者介绍:

彭卫兵,工学博士、教授、博士生导师,长期致力于桥梁倒塌事故分析和新型桥梁结构研究,提出了典型的独柱墩梁桥倾覆破坏模式,提出并建立了基于刚体和变形体转动的梁桥倾覆计算方法。主持国家自然科学基金2项、主持浙江省省自然科学基金、浙江省科技厅和交通部西部课题分项课题多项。

戴飞,博士、美国西弗吉尼亚大学副教授、博士生导师,长期致力于建设工程信息化、安全与健康风险等方面的基础理论、技术、及应用研究,并在工程视觉传感研究领域做了一些国际有影响力的工作。目前担任美国土木工程师协会建设工程与管理杂志(Journal of Construction Engineering and Management)编委,及美国土木工程师协会可视化信息建模与仿真委员会秘书。

1.事故桥概况

2019年5月18日22时25分许,杭州市庆春路秋涛路口人行天桥发生垮塌事故,有2辆轿车在事发时受损,未造成人员伤亡。事故引发了国内广泛讨论与关注。本文结合现场视频和倒塌后残骸照片,对事故进行初步的分析。

事故发生时,两辆运送地铁管片的大型平板货车,先后自南向北沿秋涛北路行驶。第一辆货车装载高度与桥梁限高十分接近,车尾部货物顶端与桥梁底发生刮擦,桥梁发生明显振动但货车顺利通过。第二辆货车因装载构件严重超高,与桥梁侧面发生撞击,导致箱梁掉落,压在平板货车上。经测量,第二辆货车的最高高度达5.7米。

据调查,该肇事车违反《中华人民共和国道路交通安全法》第48条“机动车运载超限的不可解体的物品,影响交通安全的,应当按照公安机关交通管理部门指定的时间、路线、速度行驶,悬挂明显标志。在公路上运载超限的不可解体的物品,并应当依照公路法的规定执行”的规定,隐瞒超限事实,以运输普通货物为由在网上申领了杭州市区道路通行证,而未按超限车辆类型申办杭州市内城市道路超限运输通行许可证。

2. 基于残骸照片的人行桥结构以及撞击重车的三维几何信息获取

根据照片和相关视频资料以及现场测量的尺寸画出天桥立面图以及平面图,如图2-1和图2-2所示。桥长33.5m,宽4m,限高4.5m,实际净高5.1米左右。事故车辆图2-3所示。

图2-1 天桥立面图

图2-1 天桥立面图

图2-2 天桥平面图

图2-2 天桥平面图

图2-3 重车撞击图示

图2-3 重车撞击图示

3. 基于倒塌视频的事故原因分析

杭州庆春路秋涛北路人行天桥属于钢结构,上部结构采用等截面简支钢箱梁结构,下部有支架支撑。各个部分是先在工厂建设后,运到现场进行装配式建设的。

事故发生后一小时,研究团队到达事故现场,收集整理了现场一手资料,其中由桥下视频监控拍摄到的一段录像和一段行车记录仪拍摄的倒塌视频资料最为清晰,以下是对该两个倒塌视频的总结分析。

通过观察视频,可以发现第一辆工程车从桥下驶过时,车上所运送的地铁管片的装载高度与天桥限高十分接近,造成了刮擦,天桥发生了轻微震动,护栏玻璃剧烈抖动,随后天桥恢复稳定。

随后第二辆工程车驶来,由于装载高度过大,造成了装载构件从侧向撞击天桥,重车撞击后速度变缓随后停下,天桥受到冲击后西端发生滑动,东端没有发生明显滑动。如图所示:

图3-1 撞击点示意图

图3-1 撞击点示意图

在天桥钢箱西端滑移的同时,从视频中可以看到西侧有一支座掉落,如下图所示。

图3-2 支座掉落图示

图3-2 支座掉落图示

随着天桥钢箱西端不断滑移,钢箱偏移过大,发生了先转动后滑落的倾覆过程,该过程中,西端转动后滑落,带动了东端的转动。

西端钢箱坠落后,桥体砸在货车上,发生猛烈的撞击,车身猛烈晃动,紧接着东端由于钢箱整体的惯性作用,也下滑坠落,期间桥面护栏玻璃由于震动整体掉下桥面,因为重车距离西端较近,故东端钢箱落地后,西端翘起,重车再一次与钢箱发生撞击,产生巨响。

从第二辆重车侧向撞击到天桥倒塌的过程不到8秒,可以将倒塌过程大致分为三个阶段:首先在超高大货车装载货物的碰撞下,天桥西端向北面平移,期间可看到西端双支座处的北侧支座掉落,这一阶段为平动段,该阶段钢箱东端几乎没有滑移,西端以东端为圆心,受冲击力产生转动滑移。如图3-3和3-4所示:

图3-3 重车撞击前

图3-3 重车撞击前

图3-4 重车撞击后钢箱西端滑动

图3-4 重车撞击后钢箱西端滑动

第二阶段钢梁西端滑移过大发生倾覆坠落,如图3-5所示:

图3-5 钢箱西端倾覆坠落

图3-5 钢箱西端倾覆坠落

第三阶段钢梁东端由于自身惯性,发生坠落,在过程中可以观察到东侧钢箱先被略微抬起来,随后向北发生滑移,再从墩上滑落。如图3-6和3-7所示:

图3-6 钢箱东端受到钢箱惯性发生滑移

图3-6 钢箱东端受到钢箱惯性发生滑移

图3-7 钢箱东端滑移坠落

图3-7 钢箱东端滑移坠落

4.基于碰撞痕迹的倒塌过程还原

根据现场拍摄的照片和视频为根据,对钢梁变形,支座滑动,端部与相邻桥梁的连接方式和现场摩擦痕迹,对其进行分析整理,与视频分析吻合,还原事故倒塌过程。

从视频可以看出,第一辆车驶过,构件擦碰到了天桥底部,使得天桥整体有晃动。如图4-1所示,梁底存在明显的自南向北的擦痕,由此可以印证第一辆货车行驶过程中与天桥产生了剧烈的摩擦。

图4-1 梁底擦痕图

图4-1 梁底擦痕图

第二辆车撞击天桥后,钢梁东面端部并没有移动,西侧端部受到撞击后发生向北的滑移。由图4-2所示,钢梁东端是双墩结构,在两个桥墩中间设置了限位块,以防止钢梁南北向的位移。

图4-2 钢梁东面端部限位块

图4-2 钢梁东面端部限位块

由视频可知,西侧端梁体先发生了平移,使得支座产生滑动,在盖梁和支座上留下南北向的划痕;然后梁体发生转动,南侧梁体抬高,造成两侧支座平移过程有所不同。

由图4-3,4-4,4-5可知,北侧支座跟随钢梁与盖梁摩擦并被带落下盖梁,在支座的下表面和盖梁表面留下了清晰的南北向划痕。而且,由于梁体的转动使得北侧支座单侧受力过大,对支座也产生了损伤,由图4-6所示。

图4-3 盖梁划痕

图4-3 盖梁划痕

图4-4 北侧掉落支座

图4-4 北侧掉落支座

图4-5 北侧掉落支座处的划痕

图4-5 北侧掉落支座处的划痕

图4-6 南侧支座

图4-6 南侧支座

如图4-7所示,为钢梁与支座摩擦滑移在钢梁所留痕迹。与上图所示痕迹进行对比,符合以上推断。

图4-7 支座与钢梁的擦痕

图4-7 支座与钢梁的擦痕

随着西侧钢梁发生了向北滑移脱落下盖梁并向西发生位移之后使得东侧限位块脱离工作区域,导致了东端钢箱梁发生滑移,最终造成钢梁的整体脱离桥墩,压在事故平板车上,发生了剧烈的撞击,如图4-8所示,梁底留下了两个撞痕,可以印证视频分析中的两次箱梁坠落梁底与货车的碰撞。

图4-8 梁底凹痕

图4-8 梁底凹痕

5.近期车撞桥的其他典型事故

我们进一步统计了有公开报道近年来发生的22起车辆撞桥事故分析,人行桥事故有3起,公路桥事故19起。而车辆撞在中间桥墩的事故为14起,撞在桥面底部为8起。另导致落梁的事故仅有杭州市庆春路1起,桥梁倒塌1起,且均为人行桥。未落梁的事故的为20起。

2019年5月15日上午10:05分发生大车撞击嵊州市东郭分离桥左幅6#墩事故,现场初步检查发现外侧立柱严重破坏,特别是与路面连接处立柱处于碎裂状态,大量钢筋严重屈曲,对应位置的桥面明显下沉;内侧立柱也局部存在明显的开裂现象,如图5-1~图5-4所示。

图5-1 事故现场照片(1)

图5-1 事故现场照片(1)

图5-2 事故现场照片(2)

图5-2 事故现场照片(2)

图5-3 被撞桥墩立柱

图5-3 被撞桥墩立柱

图5-4 被撞桥墩立柱

图5-4 被撞桥墩立柱

2019年4月25日11时55分,浙江杭州一辆客车行驶至秋涛北路艮秋立交底层辅道时,因超过限高,车顶与桥底墙体相撞,致大客车上6名乘客受皮外伤,大巴车损毁情况比较严重,车头上半部分已全部撞扁,全车的车窗玻璃都被震碎,散落一地。该起事故未发生落梁,造成车辆严重损伤,而桥未发生明显破坏,如图5-5所示。

图5-5 杭州艮秋立交车撞桥事故

图5-5 杭州艮秋立交车撞桥事故

2018年5月30日凌晨5时许,重型货车沿郫都区蜀源大道由都江堰往成都方向行驶至林湾人行过街天桥处时,因为货厢液压装置升起,致使货车货厢与人行天桥下部相撞,巨大的冲击力之下,运渣车的货箱脱离了车体,被卡在了路面和天桥中间,造成货厢与车体脱离的单车交通事故,无人员伤亡,如图5-6所示。

图5-6 成都车撞桥货箱与车体脱离事故图

图5-6 成都车撞桥货箱与车体脱离事故图

人行桥由于大多采用简支结构,在车辆撞击的巨大冲击下,更容易发生落梁现象。而撞击桥墩的事故由于桥墩强度很大,车辆损坏严重。限高导致的事故数量达到了事故统计数的40%,体现了政府对车辆的监管仍需要提高。

上述列举的三例中,嵊州车撞桥事故造成了桥墩的严重损害,同时大车也损伤严重;而杭州艮秋立交车撞桥事故中,桥梁仅表面混凝土剥落一点,而客车几乎遭到“削顶”;第三例成都事故中,该人行过街天桥没有发生落梁,货车与车体发生了脱离。

6.结论与建议

基于目前掌握的视频资料和痕迹照片进行分析,可以认定:此次事故的发生是由于第一辆工程车装载构件先与天桥钢箱梁发生刮擦,造成支座与钢箱有轻微偏移,随后第二辆工程车装载构件直接横向撞击天桥,造成天桥的滑移坠落。

对于预防此类事故的发生,提出如下结论和建议:

(1)杭州倒塌人行桥只在东侧单端设置限位挡块,而西端无防横向撞击的措施,桥梁抗侧推能力较弱,因此受到冲击后直接滑落。建议未来补充抗撞击构造,确保撞击后不发生落梁。

(2)对比成都车撞桥和杭州车撞桥事故,可以得出在抗震设防烈度较高的区域,横向抗震构造的存在可以提高桥梁的抗撞击能力。

(3)需要加强交通管控,对于城市道路上出现了未经报备的大型货车,需要有能力第一时间发现,第一时间进行拦截管控,政府需要加强城市监管。

(4)建议人行桥选址尽量避免在红绿灯前车辆驻停位置,以避免发生人行桥倒塌事故的人员伤亡。

感谢交通运输部公路科学研究所张劲泉、吕建鸣、宋建永研究员和清华大学陆新征教授等合作研究人员对团队桥梁倒塌反演研究多年的支持;感谢浙江省交通运输厅陆耀忠原总工对团队开展桥梁事故分析研究的支持和帮助;此外,包括浙江交通设施有限公司余坚阳等众多工程人员给我们团队提供的现场一手照片和提供的现场支持,一并表示诚挚的感谢。

以上工作由浙江工业大学彭卫兵教授和西弗吉尼亚大学戴飞副教授以及其7位研究生合作完成,分别为:陈林立、夏鑫杰、梁兴亚、丁柔予、朱鸿焕、杨冬平和冯伟杰。限于本团队的认知水平,文中可能有很多不当之处,敬请大家批评指正。

文摘

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